變壓器噪音

噪音對人的危害很大，長期處于噪音影響下的人往往會出現(xiàn)如下癥狀:一是影響聽力。聽力的損傷程度與人耳在噪音環(huán)境中暴露的時間有關，長期處于85dB以上的噪音環(huán)境中噪音性耳聾發(fā)病率可達5%。二是影響學習工作，干擾睡眠。特別是對于面臨學習考試壓力的學生來說，噪音會影響他們的精神集中程度，每年臨近高考、中考時，政府都會安排相應的人員專門整治噪音問題，讓噪音不影響學生的考試狀態(tài)。三是影響心血管功能和內(nèi)分泌系統(tǒng)。這主要表現(xiàn)在心跳過快、心律不齊、血壓過高等。四是危害中樞神經(jīng)系統(tǒng)。人們長期處于噪音環(huán)境中會出現(xiàn)頭痛、耳痛多夢、記憶力減退、全身乏力等癥狀。五是影響兒童的智力發(fā)展。有報告指出，在噪音環(huán)境下的兒童的智力比在安靜環(huán)境下的兒童低20%，噪音對胎兒的成長也有影響。

大多數(shù)變壓器噪音不屬于高分貝的強噪音，但其絕大多數(shù)情況下產(chǎn)生的低頻噪音會對人體產(chǎn)生慢性損傷，容易使人煩躁、易怒，有時甚至失去理智，長期受襲擾的話，還可能造成神經(jīng)衰弱、失眠等神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如果孕婦長期處于低頻噪音中也會影響到腹中胎兒的發(fā)育。中國疾控中心環(huán)境影響評價室的專家指出，低頻噪音對生理的影響雖然沒有高頻噪音那么明顯，但它可以直達人的耳骨，使人的交感神經(jīng)緊張，導致心跳過速、血壓升高、內(nèi)分泌失調(diào)等癥狀。由于低頻噪音主要是通過結構傳音的，所以很容易引起人的感覺共鳴。一般而言，人對低頻噪音的忍耐程度相對也較低。正常情況下，30至35分貝一般人還能接受，35分貝以上就會有人明顯感覺到心慌、煩躁等不舒服情況。

運行中變壓器的噪音通常是指變壓器的本體噪音和冷卻裝置噪聲合成的噪聲。因此，為了降低變壓器的噪音，也應從這兩個方面來采取有效的技術措施。目前，國內(nèi)變壓器噪聲檢測機構有清華大學建筑物理實驗室，專業(yè)降噪廠商。

一方面，對變壓器的本體噪音，可通過減小鐵心的振動和降低噪聲的發(fā)散能力來控制;也可通過減振及隔聲、吸聲等措施，使噪聲在傳播途徑中得以衰減。

另一方面，對冷卻系統(tǒng)的噪聲加以控制，使其噪聲接近或低于本體噪聲水平，也能有效降低變壓器噪音。

降低變壓器本體噪音

(1)鐵心采取的技術措施

① 選用磁致伸縮ε小的優(yōu)質(zhì)硅鋼片優(yōu)質(zhì)硅鋼片提高了結晶方位的完整度，特殊涂層增加了其抗張力，從而降低了其磁致伸縮ε。在磁通密度為1.5T時，高晶粒取向硅鋼片的磁致伸縮ε只有一般硅鋼片的60%。因此，在相同磁密下，優(yōu)質(zhì)硅鋼片的磁致伸縮ε較小，產(chǎn)生的振動也相應較小，噪聲可降低2~4dB(A)。

② 降低鐵心的磁通密度B 鐵心的額定工作磁密B通常取決于噪聲及空載損耗的要求值。試驗結果表明，額定磁密B在1.5~1.8T范圍內(nèi)，磁密每降低0.1T，鐵心的噪聲可降低2~3dB(A)。磁密變化引起的噪聲變化量ΔLpa可由以下公式確定: ΔLpa=10lg[(B1/B2)8 (GFe2/GFe1)1 ]，dB(A) 式中B1、B2--分別為變化前后的工作磁密 (T) GFe2、GFe1--對應B1、B2的鐵心重量 (kg)應注意的是，磁密的降低不僅導致變壓器體積和重量的增加，使經(jīng)濟指標變差，而且會使噪聲發(fā)射的表面積增大，從而導致變壓器的聲功率級增大。

③ 采用全斜交錯接縫的鐵心結構在傳統(tǒng)的心柱和鐵軛交錯接縫結構中，磁力線在接縫處橫向穿越附近的硅鋼片，會產(chǎn)生渦流和磁飽和，導致噪聲和空載損耗增大。而采用全斜交錯接縫，保證了心柱和鐵軛搭接，減小了磁通畸變，保證了鐵心整體機械強度。實踐證明，當磁密為1.7T時，鐵心采用全斜交錯接縫噪聲能降低3~5dB(A)。

④ 增大鐵軛面積以減少鐵軛中的磁通密度由于變壓器心柱產(chǎn)生的噪聲能通過線圈和圍屏得到有效的衰減，因此，本體噪聲大部分來源于鐵軛的振動。在變壓器設計時，應保證每級鐵軛與心柱的片寬比應與它們截面積之比完全相同。這樣才能避免磁通由心柱進入鐵軛時，由于產(chǎn)生垂直硅鋼片表面的漏磁通而引起的噪聲增大。

⑤ 增加鐵心接縫有試驗表明，當變壓器鐵心由兩級接縫變?yōu)槿壗涌p時，其噪聲可降低3~6dB(A)。這是因為在兩級接縫中，對應的兩個接縫間隙只跨越一層疊片，而三級接縫則跨越兩層疊片，通過每層跨接疊片末端處的磁密降低，故而導致噪聲降低。

⑥ 控制鐵心夾緊力有資料表明，當鐵心夾緊力在壓強為0.08~0.12Mpa時，變壓器噪聲最低。在鐵心制造過程中可通過力矩扳手合理控制夾緊力;同時也可在心柱級間放置絕緣棒，使心柱綁扎受力均勻，防止因鐵心受力不均勻而導致磁致伸縮ε增大。使用以上措施，能降低本體噪聲3~6dB(A)。

⑦ 采用先進的加工工藝磁致伸縮ε對應力極為敏感。在相同磁密條件下，有較大應力的硅鋼片與應力較小的硅鋼片相比，ε隨應力的增加而急劇增大。因此，采用先進、合理的加工措施如:采用自動化的橫、豎剪切線，控制硅鋼片堆放高度，不疊上鐵軛，對油道和夾件絕緣等使用的紙板進行預壓密化處理等措施都可減少硅鋼片的應力增加，從而降低變壓器噪聲。

⑧ 在鐵心墊腳與箱底之間放置減振橡膠如前所述，鐵心的磁致伸縮振動分別是通過墊腳和絕緣油這兩條途徑傳給油箱的。在鐵心墊腳與箱底之間放置減振橡膠，能使器身與油箱間的剛性接觸變?yōu)閺椥越佑|。從而，阻斷部分振動的傳遞，減小本體噪聲。

(2)油箱采取的技術措施

① 增加箱壁強度，減小箱壁振幅 為減小箱壁振幅，必須增加油箱整體的剛性。為此，可適當增加箱壁厚度或合理布置加強筋，控制筋間距。同時，輔以合理的焊接工藝，減小箱壁焊接變形，減少制造過程中的殘留應力。這樣，就能提高箱壁強度，減小箱壁振幅，降低噪聲。

② 增加油箱阻尼 可在油箱內(nèi)壁設置橡膠板。對有磁屏蔽的變壓器，可將橡膠板放置在箱壁與磁屏蔽之間。在加強筋間焊接普通工業(yè)鋼板網(wǎng)，網(wǎng)上涂刷2-3mm厚的阻尼材料，這樣既不影響箱壁散熱，又減小了箱壁的振動，降低了噪聲。

③ 在油箱底部與基礎間設置減振器 在油箱底部與基礎間設置減振器，避免箱底與基礎間的剛性連接，使振動通過減振器發(fā)生衰減，以達到降低噪聲的目的。通常采用的是橡膠減振器和彈簧膠減振器。

加隔聲層降低噪聲

油箱結構，分為組合式與高效式兩種。組合式為:可油箱外部結構情況將隔音板做成若干件，鋼板內(nèi)放吸音材料。吸音材料有:巖棉、玻璃纖維等。隔音壁能把變壓器本體發(fā)射部分噪聲反射回去;當噪聲穿過隔聲壁時，也能被吸收一些，起到降低噪聲作用。單件隔音板用螺栓分別固定油箱加強鐵上，采用這種隔音板可降低噪聲10-15db。也可采用高效隔音板，放兩個加強鐵之間，薄彈簧鋼板固定。框形附加重物調(diào)整高效隔音板振動特性，使它振幅明顯低于加強鐵振幅，有效屏蔽住變壓器本體發(fā)出噪聲，可降低噪聲l0-5db(a)。

有源抵銷消聲法

采用消聲法降低噪聲。即變壓器lm以內(nèi)放置若干個噪聲發(fā)聲器，使它們發(fā)出噪聲與變壓器發(fā)出噪聲互相抵消。它原理是首先把變壓器噪聲信號轉變?yōu)殡娦盘?，然后放大激勵噪聲發(fā)聲器，使各噪聲發(fā)出來噪聲，振幅相等，相位相反，使變壓器噪聲受到破壞性干擾，可降低噪聲15db(a)左右。

降低冷卻系統(tǒng)噪聲

(1)采用合理的冷卻方式在滿足設計要求的前提下，在低噪聲變壓器的設計中，應選用自冷片式散熱器替代風冷散熱器或強油循環(huán)風冷卻器，這從根本上杜絕了冷卻器的噪聲源，能有效降低噪聲8~15dB(A)。

(2)選用低噪聲的冷卻裝置在冷卻裝置的選用過程中，應選用低噪聲的冷卻裝置。用多臺流量適中的新型低噪聲風扇替代大流量高噪聲風扇具有以下優(yōu)點:第一，風扇布置均勻，能提供均勻冷卻;第二，一組風扇出現(xiàn)故障，其余風扇仍能正常運行，提高了冷卻系統(tǒng)的可靠性;第三，在總的冷卻風量不變的前提下，其電機功率僅為大流量風扇的70%~75%，噪聲降低了2~3dB(A)。

(3)采用減振裝置 變壓器本體的噪聲通過箱壁和油引起冷卻裝置的振動，采用以下措施能有效控制其振動。第一，在油箱與散熱器之間采用防振頭。防振頭可由耐腐蝕的防振橡膠或不銹鋼制作。試驗結果表明，防振頭通常能使自冷片式散熱器的振動噪聲降低5~8dB(A)。第二，對于側吹或底吹片式散熱器冷卻方式，為避免風扇加劇冷卻系統(tǒng)的振動，風扇支架不能直接固定在散熱器上，而應固定在箱壁上，并應設置減振橡膠墊。第三，冷卻系統(tǒng)和本體分別安裝的變壓器，風扇應固定在專用基礎上。

其它方法

(1)設計低空載噪聲變壓器時，盡量采用自冷式，這樣可去除風扇和油泵噪聲疊加。當容量難以滿足需要時，滿足大容量變壓器散熱，盡量選用低噪聲潛油泵和低轉數(shù)風扇冷卻器。采用低速風扇，能使自冷變壓器容量提高33%，噪聲達到69db(a)。具體情況，也可采用雙速風扇。負荷較小時開動低速風扇，噪聲可相應降低;負荷較大時開動高速風扇，能使自冷變壓器容量提高67%，但此時噪聲較大，達到75db(a)。

(2)室內(nèi)布置變壓器時，應考慮由噪聲墻面反射時可能導致噪聲增加。該增值是變壓器表面積與變壓器室表面積之比函數(shù)，并與墻面和天花板吸聲系數(shù)有關。采用礦渣棉或類似材料對墻面涂覆處理，可增加吸聲系數(shù)，使噪聲明顯降低。

變壓器噪音共有三個聲源，一是鐵心，二是繞組，三是冷卻器，即空載、負載和冷卻系統(tǒng)引起噪音之和。鐵心產(chǎn)生噪音原因是構成鐵心硅鋼片交變磁場作用下，會發(fā)生微小變化即磁致伸縮，磁致伸縮使鐵心隨勵磁頻率變化做周期性振動，鐵心磁致伸縮變形和繞組、油箱及磁屏蔽內(nèi)電磁力所引起。繞組產(chǎn)生振動原因是電流繞組中產(chǎn)生電磁力，漏磁場也能使結構件產(chǎn)生振動。電磁噪音產(chǎn)生原因是磁場誘發(fā)鐵心疊片沿縱向振動產(chǎn)生噪音，該振動幅值與鐵心疊片中磁通密度及鐵心材質(zhì)磁性能有關，而與負載電流關系不大。 電磁力(和振動幅值)與電流平方成正比，而發(fā)射聲功率與振動幅值平方成正比。

變壓器的噪音來源于變壓器本體和冷卻系統(tǒng)兩個方面。國內(nèi)外的研究結果表明，變壓器本體振動產(chǎn)生噪音的根源在于:

(1) 硅鋼片的磁致伸縮引起的鐵心振動。

(2) 硅鋼片接縫處和疊片之間存在著因漏磁而產(chǎn)生的電磁吸引力而引起鐵心的振動。

(3) 當繞組中有負載電流通過時，負載電流產(chǎn)生的漏磁引起線圈、油箱壁的振動。近年來，由于鐵心疊積方式的改進和心柱及鐵軛都用環(huán)氧玻璃絲粘帶綁扎，硅鋼片接縫處和疊片之間的電磁吸引力引起的鐵心振動，比硅鋼片磁致伸縮引起的鐵心振動要小得多，可以忽略。而變壓器的額定工作磁密通常取1.5~1.8T，國內(nèi)外研究和試驗均證明，在這樣的磁密范圍之內(nèi)，負載電流產(chǎn)生的漏瓷引起的線圈、箱壁的振動比硅鋼片磁致伸縮引起的鐵心振動要小得多，也可以忽略。這就是說變壓器本體的振動完全取決于鐵心的振動，而鐵心的振動可以看作完全是由硅鋼片的磁致伸縮引起的。

變壓器噪音的另一個主要來源是冷卻器。風扇在500Hz至2000Hz頻率會產(chǎn)生噪音，人耳對這種寬帶諧波當然比對鐵心在IOOHz基本頻率產(chǎn)生的諧波敏感。主導頻率取決于多種因素，包括風扇速度，葉片數(shù)和葉片外形。音功率級取決于風扇的數(shù)量以及轉速。

與變壓器本體噪音的機理一樣，冷卻裝置的噪音也是由于它們的振動而產(chǎn)生的，其振動的根源在于:

(1) 冷卻風扇和油泵在運行時產(chǎn)生的振動。

(2) 變壓器本體的振動通過絕緣油、管接頭及其裝配零件傳遞給冷卻裝置，使冷卻裝置的振動加劇，噪音加大。另外，當鐵心加熱以后，由于諧振頻率和機械應力的變化，其噪音會隨溫度的升高而增大。而運行現(xiàn)場的環(huán)境(如周圍的墻壁、建筑物及安裝基礎等)對噪音也有影響。

對許多強風冷卻變壓器來說，冷卻器風扇是比變壓器本身更明顯的噪音源。

a)卷鐵心配電變壓器(sl l型)

這種變壓器早在6O年代已被一些發(fā)達國家所采用，近年來在我國逐漸推廣，在國家電網(wǎng)第二期農(nóng)網(wǎng)改造中尤為突出。卷鐵心變壓器的優(yōu)點:降低變壓器空載損耗約10-25%，依變壓器容量而變;降低空載電流，一般為疊片鐵心的5O%;變壓器噪音水一22一平顯著降低，小型變壓器可做到37-42d口3，減少對城鎮(zhèn)噪音污染。

b)單相配電變壓器(D1O型)

此類變壓器多為柱上式，便于安裝并靠近負荷中心，通常為少維護的密封式。與同容量三相變壓器相比，空載損耗和負載損耗都小，有效材料用量也少，價格低20-30%。

c)非晶合金配電變壓器

非晶合金配電變壓器的空載損耗昆硅鋼片的下降70-80%，至今未全面推廣使用的根本原因是價格較高。

d)干式配電變壓器

由于結構簡單、維護方便、防火阻燃、防塵等特點，被廣泛應用在對安全運行有較高要求的場合。主要有兩類產(chǎn)品;環(huán)氧樹脂干式變壓器和浸漬式干式變壓器(或稱做Nomex紙型)。

e)箱式變壓器